Угроза из космоса. Метеориты в истории человечества - Страница 14

На сегодняшний день на Земле открыто порядка 150 ударных кратеров, причем каждый год к ним прибавляется несколько новых. Возраст ударных кратеров на Земле различен – от нескольких тысяч до почти двух миллиардов лет. Большинство ударных кратеров имеют возраст менее 200 млн лет, хотя, глядя на Луну, можно предположить, что на протяжении последних 3 млрд лет кратеры образуются примерно с одной и той же частотой.

Принято считать, что 70 % всех метеоритов падают в океан. Однако обнаружено их на морском дне пока что немного – все их, пожалуй, можно пересчитать по пальцам.

Поскольку крупные астероиды падают на Землю, к счастью, нечасто и ударяются они о земную поверхность со средней скоростью около 25 км/с (что вдвое больше, чем у современных ракет), то большое значение в изучении этого процесса имеет компьютерное моделирование.

Так вот оно показало, что тело массой более 1000 т проходит через атмосферу практически беспрепятственно. Если же масса тела меньше 100 т, то в атмосфере его скорость уменьшается примерно наполовину. Однако при столь высокой скорости даже небольшие метеориты еще имеют значительную кинетическую энергию, которая затем переходит в тепло и ударную волну деформаций. При этом давление, возникающее в момент удара метеорита о земную поверхность, может достигать 100 ГПа (в миллион раз больше атмосферного), а температура – нескольких тысяч градусов.

Эти характеристики зависят от скорости метеорита в момент удара, а также от состава метеорита и поверхности Земли в месте его падения. Самые маленькие, медленно летящие метеориты при ударе о земную поверхность просто разлетаются на куски. При ударе более крупных метеоритов могут развиться такие давление и температура, что небесное тело и часть пород на поверхности плавятся и даже испаряются. Поэтому, если крупный метеорит не разрушился на более мелкие обломки при прохождении через атмосферу, его фрагменты вблизи ударного кратера чаще всего отыскать не удается. Что мы и имеем на практике в случае того же кратера Барринджера.

Кстати, известны две формы ударных кратеров – простая и сложная. Так вот кратер Барринджера являет собой классический пример простой формы. Подобно другим простым кратерам, он выглядит как чаша с приподнятыми краями. Его поперечник – 1200 м, глубина 170 м.

Ниже его видимого дна находится линза брекчированных, т. е. разломанных и перемешанных пород. Брекчиевая линза содержит часть пород, преобразованных под воздействием высокого давления и высокой температуры, т. е. в результате ударного метаморфизма.

Дно линзы находится на 380 м ниже вершины вала кратера (вдвое глубже, чем видимое дно). Породы, окружающие линзу, также раздроблены и обнаруживают последствия ударного метаморфизма, но они сдвинуты незначительно и мало изменили ориентацию. Эти породы образуют истинные борта кратера.

Телом, создавшим кратер Барринджера, как уже говорилось, был железный метеорит, диаметр которого оценивается в 60 м, а масса в 1 000 000 т. Метеорит имел скорость около 15 км/с.

Передача огромного количества энергии породам мишени и приводит к образованию кратера. Большая часть энергии уходит на возбуждение полусферических ударных волн, которые распространяются через породы. Ударная волна сжимает и сдвигает их вниз, а также в стороны от места удара со скоростью порядка нескольких километров в секунду.

За ударной волной возникает волна разгрузки, или разрежения, в которой происходит разгрузка пород мишени от сжатия. Волна разрежения, подобно ударной волне, сдвигает породы вниз точно под местом удара. За пределами этой области волна разрежения создает более сложную картину воздействий. Волна разрежения настигает частицы породы, которые под действием ударной волны начали двигаться вниз и в стороны. Взаимодействуя с ними, волна разрежения заставляет их, по крайней мере частично, двигаться вверх и наружу.

В результате часть материала выбрасывается из центра образующегося кратера. Выброс материала из центра в сочетании с направленным вниз движением в центре создает временную полость, выстланную трещиноватыми породами. Почти так же быстро, как образуется полость, трещиноватая порода коллапсирует внутрь. Обрушившиеся стенки образуют брекчиевую линзу, которая частично заполняет возникший простой кратер.

Размер, которого может достичь кратер, оставаясь простым, зависит от того, какие породы находятся в месте удара. Известно, что максимальный размер связан с прочностью породы, однако другие факторы, определяющие максимальный диаметр простых кратеров, еще плохо изучены. Тем не менее известно, что простые кратеры могут достигать в диаметре 2 км, если в месте удара находились осадочные породы, и 4 км, если там были кристаллические породы.

Ударные кратеры диаметром более 4 км обнаруживают черты, характерные для сложных кратеров. Ширина таких кратеров может быть в 100 раз больше, чем глубина. Сложные кратеры имеют в центре некий пик, окруженный кольцевой впадиной и трещиноватым валом.

Вначале образование сложного кратера идет примерно так же, как простого. Во время роста временной полости, однако, часть пород в центре отскакивает вверх. В результате такой отдачи дно временной полости приподнимается, образуя центральную структуру. Подъем в центре сложного кратера достигает одной десятой его конечного диаметра. Например, подъем в кратере Маникуаган в провинции Квебек (Канада), имеющем в поперечнике 100 км, равен 10 км.

Образование сложного кратера напоминает падение капли на водную поверхность. Если сфотографировать поверхность воды сразу после того, как по ней ударяет капля, можно увидеть, что в центре области удара вода поднимается вверх, тогда как дальше от центра образуется круговая рябь, «украшенная» разлетающимися в стороны брызгами. Однако если поверхность воды через некоторое время становится гладкой, то породы, расплавленные во время удара, в некоторый момент застывают и «отпечаток» удара сохраняется.

Идентифицировать ударный кратер только по структуре зачастую очень сложно. Большинство опознанных ударных кратеров подверглись эрозии и стали нечеткими круговыми структурами на поверхности. Лишь самые молодые из них сохранили какое-то подобие своей первоначальной формы. Но и в таких случаях остается вероятность, что структура, напоминающая по виду ударный кратер, на самом деле возникла в результате вулканической деятельности или других геологических процессов. Более того, поскольку брекчированные породы находят и в местах, не являющихся ударными кратерами, они не могут рассматриваться как доказательство падения небесного тела в данном месте.

Поэтому даже в наши дни можно встретить научные статьи, в которых подвергается сомнению ударное происхождение какого-то конкретного кратера сложного типа. Это касается прежде всего самых крупных и самых старых структур, таких как Сэдбэри в Канаде или Вредефорт в Южной Африке, первоначальный диаметр которых оценивается в 150–200 км и которые сильно изменились за последние 2 млрд лет.

Тем не менее исследователи старательно ищут и изучают «звездные раны» на поверхности Земли. Причем движет ими не только научное любопытство. Скажем, поверхностные слои на территории бывшего СССР разведаны геологами достаточно хорошо. Теперь их интересует, что лежит в глубинах планеты. Эту информацию и могут дать метеоритные кратеры. Во-первых, при соударении они выбрасывают из глубины на поверхность любопытные образцы. Во-вторых, давления при этом развиваются примерно такие же, как и в недрах планеты, а значит, можно получить представление о происходящих внутри процессах.

Кроме того, метеоритные кратеры представляют интерес и для планетологов. Ученые предполагают, что метеориты могли сыграть решающую роль в истории Солнечной системы как нагреватели планетарных тел. Ведь почти вся энергия при соударении переводится в тепло. И когда примерно около 4 млрд лет назад на поверхность только что родившихся планет в изобилии сыпался метеоритный «мусор», оставшийся после окончания строительства планетарной системы, интенсивность бомбардировки могла оказаться достаточной, чтобы этот источник тепла мог конкурировать с разогревом планет за счет радиоактивного распада элементов внутри них.